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GIS室中SF6气体走漏光学检测新技术
揭晓工夫:2009-11-6  信息滥觞:本公司   浏览次数:11941
GIS室中SF6气体走漏光学检测新技术(吴变桃 肖登明 尹毅)
1 弁言
     SF6气体是一种无色、无毒的惰性气体,具有很强的绝缘特性和灭弧才能,被普遍用在高压开关设备和断路器中。可是SF6气体走漏会低落GIS 的绝缘才能,影响装备一般运转"以至会激发毛病;另一方面 ,SF6属于一种温室效应气体,走漏势必潜伏地要挟地球情况,以是检测SF6气体走漏具有极端主要的意义。
    国内外一些电力设备制造厂以及电力系统在线检测研发单元提出了很多用于在线检测GIS 中的SF6气体走漏的先进技术,能够在不停电状况下,及时地发明电气设备中SF6的走漏情况, 检测的成果十分精确和直观,同时节省人力资源。今朝比力先辈的检测GIS室 中SF6气体走漏的有光声谱手艺和光学成像手艺。 光声谱手艺基于光学辐射能够被转换为声波的道理,是一种非长途检测手艺。
     光学成像手艺操纵激光颠末SF6走漏气体时发作散射、折射和衍射,使返回到照相机的激光图象在视频上发作变革,来检测气体走漏。该手艺使操作者可以从远处检测SF6气体走漏, 在视阈内能够立即辨认出走漏部位。 光学成像手艺的远距离辨认和瞬时检测才能使操作者可以同时扫描变电站GIS装备的多处走漏(包罗几十到几百处),走漏能被立刻辨认,以便尽快补缀。不再需求人亲身丈量所有的走漏站,经由过程丈量走漏气体的浓度来检测走漏,并能看到走漏气体的明晰图象, 为检测职员供给一种快速辨认走漏源的手艺。
     笔者将次要引见几种能够用于GIS室中SF6气体走漏的长途检测手艺―――光学成像手艺。
2 BAGI手艺
    2.1BAGI 道理
    反向散射吸取气体成像手艺(BAGI ),是一种用于定位走漏或跟随气体云雾为主要目的的激光长途检测手艺。 不同于其它激光手艺,它只需求一种波长,自己是一种定性的三维气体成像图。 在其今朝的开辟中,还不能供给绝对的气体浓度数据,可是它能经由过程成像的表面十分有效地供给浓度的散布。 该手艺的目标是操纵SF6对红外光谱的吸取特性,肉眼不能观察到的SF6走漏气体"在红外视频上清晰可见,由图象快速地确认走漏源。 该手艺具有小到50gm/year(0.016scc/min)的检测跟随气体走漏才能,而且能够在尺度的TV 监视器上对其停止及时显现。
    BAGI手艺的操纵道理是经由过程反向散射激光发生视频图象。激光的波长能够被目的气体吸取,从而使一般不可见的气体在尺度TV检测器上可视化。检测SF6时接纳红外线(IR)走漏定位体系,由于SF6气体在此光谱区域内能够有用吸取。 体系利用通例的IR成像手艺,发生成像的IR能量是由IR激光反向散射的成果而不是风景热辐射形成的。气体成像道理见图1。 激光摄像机对准被测地区,射向布景激光的一部分被反射或反向散射回到摄像机。 照相机把这类反向散射红外光转换为电子旌旗灯号, 以口角图象及时显现在视频域和视频监测器上。 在没有走漏气体的状况下, 所发生的布景图象与利用一般TV摄像机时反向散射太阳光发生的图象不异。 而在有走漏气体呈现的摄像机拍摄区域内,返回到激光摄像机的激光强度因为颠末气体烟雾的吸取将会削弱,走漏气体呈现地区的视频图象将会发生比照或变暗。气体浓度越浓,吸取就越大,对比度也会越大。这时候,普通的非可视气体将在视频中可见,其滥觞和挪动标的目的都能够便利地肯定。
2.2 BAGI手艺的优缺点
    基于反向散射吸取的激光显像体系,在查找SF6气体走漏方面实现了重大突破. 它只需破费本来利用传统的卤素探测器和肥皂水检测工夫的几分之一便可完成,同时能够实现在线检测。 且在相对较远距离就能发明走漏的详细部位,准确度能够到达1cm。能够大大削减检测操纵职员,经济本钱更低,操作过程更安全,检测成果十分直观。
    今朝已开辟出一种利用脉冲激光源和红外焦平面照相机的BAGI体系。 实现了非线性转换,提高了搜集光圈直径,低落了乐音。微分吸取模式的提出,消弭了不均匀反射率场景对图象旌旗灯号形成的影响,使气体图象能够更好地显现,确保装备能够在各类情况下停止检测,明显提高了检测范畴和灵敏度。但其拍照体系构造庞大,安装较重、耗电多、需求价钱高贵的激光。因而,还有待进一步提高手艺以更好地停止SF6气体走漏检测。
3 IMSS 手艺
    3.1 IMSS 成像道理
    多光谱传感手艺(IMSS)基于衍射光学道理。 它由一个衍射成像分光仪和一个灵敏可调的滤波器组合而成。 用一个衍射光学元件完成成像和色散。 基本原理见图2 图顶用IMSS 办法和一台一般的单色仪停止比力。 一台一般的单色仪中,根本元件是入射狭缝、出射狭缝和一块如棱镜或光栅的色散介质。从入射狭缝进入的光被色散进入出射狭缝平面$出射狭缝被色散光扫描成像。为了获得高分辨率图象,入射和出射狭缝都必需很窄,如许能够减小体系的光学通量。
    IMSS 办法中,衍射光学元件沿光轴色散入射光芒。 透镜的光会萃才能使一台十分高光学通量的装备成为能够。 IMSS具有其它光学成像办法没有的特别优势,即用一个元素成像和散射的多元优势。从而使高光学通量、低成本、小尺寸和极端优秀的装备成为能够,并具有十分低的光学行列。 IMSS 的显眼事情模式意味着它不需要空间扫描, 因而关于需求小型、轻量和机能优秀装备来讲长短常幻想的。
    IMSS 摄像机在一个波段以持续模式搜集光谱图象见图3! 摄像机的每一个桢为一个光谱色彩。 假如IMSS 透镜被沿光轴扫描的话,前面的桢能够为不同颜色,大概是如图4 前面的桢色彩不异。
    该模式下的IMSS 成像分光仪十分灵敏, 可以只搜集感兴趣的光谱波段, 也能调理到随便一个光谱波段。相对其它需求搜集所有光谱波段的手艺,如传统的分离装备和FTIR分光仪, 是一种幻想的气体保守检测手艺。 由于气体保守检测只需特定的光谱范畴,无需搜集过剩的光谱波段,节省了工夫和所需处置历程。 该长处使IMSS十分合适应用于大量需求及时光学处置的场合。
    3.2 IMSS 手艺的优缺点
    IMSS 摄像机一样不能量化丈量走漏,但是逆着天空和远处的布景便可成像。 IMSS 办法具有一个衍射单位沿着光轴分散光,完成光的成像和散射功用。扫描检测器布列透镜焦距可发生差别波长(色彩)的图象。该办法的长处是全部孔都能搜集光芒,这与通例光谱仪的输入狭缝很小恰好相反。 探测器元件作为出射狭缝,应与衍射透镜的恍惚直径婚配。缺陷是为了使图形和光谱变得比力锋利, 图象必需停止处置。但是,这一很小的价格换来的却是光学上的高通量,且办法简朴。
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4 SCHILEREN 手艺
    4.1 SCHILEREN手艺的成像道理
    纹影成像手艺自己是很形象的,以各种形式存在曾经很多年。近来已开展为全范畴察看。它是光学的、非侵入式的,能够远距离观察走漏失量为1ml/min 的细微走漏。 纹影成像道理见图5。 因为摄像机和照明条件下光栅之间的走漏气体比四周氛围的折射率高,因而,走漏气体使光芒折射,惹起这些光芒抵达摄像机时发生位移。 一个与光栅精确婚配的停止线检测到该位置后变革,发生纹影图象,使肉眼看不到的走漏气体变成可视的纹影图象,并可拍摄下来。
    一个用于走漏检测的纹影装备草图见图6。 它的光源(构成布景,对着它走漏能够观察到)是一个电池驱动的线型荧光管, 灯管在两根杆之间停止扫描,约1s/次,构成图象布景。 摄像机放在三脚架上,对着监测区和布景光源,镜头将扫描的光源图象聚焦于与光源同步驱动的停止线上,最初时延集成,摄像机把图象显现在笔记本电脑屏幕上。 屏幕上显现固体目的表面,而走漏到氛围中的气体则清晰可见。
    4.2 纹影手艺检测走漏的优缺点
    险些任何走漏气体都可以用纹影手艺检测并可视化。 纹影手艺是高度敏感的、非插入的、光学的和长途的。它仅需求一般白光, 无需价钱高贵的激光源。纹影图象不只能发明气体走漏,并且能估量走漏量。实际上,纹影手艺可被用来显现走漏分离模式和走漏源位置。 这些信息能被很好的操纵在定位潜伏走漏源四周的牢固传感器。
    纹影装备的主动调理功用制止了在启动历程中烦琐的布列历程,削减了操纵锻炼。该办法和激光吸取的不同之处为:为了察看气体走漏,激光吸取要求牢固布景散射辐射以观察走漏,纹影仪器自成布景,但需求畅达的光路, 并且被测可疑点两头要有必然空间。 因为无需激光源,制止了激光的高本钱,便利照顾。
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5 结语

    在检测SF6气体走漏方面, 基于BAGI手艺的激光照相机曾经比力成熟, 能够在相对较远距离就可精确定位走漏的详细部位。但该摄像机构造庞大,安装较重,耗电多。基于折射和衍射道理的光学成像手艺, 今朝还没有开辟出公用于检测SF6气体走漏的装备,但能够思索应用于SF6气体走漏方面。 基于衍射道理的IMSS手艺能够实现用一个元件成像和散射,许可高光学通量#低成本和小尺寸的装备。 基于折射道理的纹影手艺无需价钱高贵的激光源,仅需一般白光, 从而使一种简朴便利的气体检漏检测装备成为能够。假如可以综合3种光学成像手艺的优势,开辟出一种新型装备,关于SF6气体走漏检测来讲,将是一个比较大的打破。

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